(57)【要約】  本発明のガス検出装置は、波長可変のレーザ光を光導波路に出射するレーザ光源と、光導波路からの出力光を検出して検出信号を得るとともに、温度検出部と温度検出部の上部に配された誘電体部材とを有するマイクロブリッジ構造を有するボロメータと、検出信号とレーザ光源の波長の情報に基づいて、光導波路の表面に存在するガス分子の種類および量を検出する検出部と、温度検出部と誘電体部材との間の光路長を変更する光路長変更部材と、光路長がレーザ光源から出射したレーザ光の波長の１／２の整数倍になるように光路長変更部材を駆動制御する駆動制御回路とを備える。
2011062034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長可変のレーザ光を光導波路に出射するレーザ光源と、
前記光導波路からの出力光を検出して検出信号を得るとともに、温度検出部と前記温度検出部の上部に配された誘電体部材とを有するマイクロブリッジ構造を有するボロメータと、
前記検出信号と前記レーザ光源の波長の情報に基づいて、前記光導波路の表面に存在するガス分子の種類および量を検出する検出部と、
前記温度検出部と前記誘電体部材との間の光路長を変更する光路長変更部材と、
前記光路長が前記レーザ光源から出射したレーザ光の波長の１／２の整数倍になるように前記光路長変更部材を駆動制御する駆動制御回路とを備えるガス検出装置。
【請求項２】
前記光路長変更部材は、前記温度検出部と前記誘電体部材との間に配された屈折率が可変な光学部材である請求項１記載のガス検出装置。 
【請求項３】
前記光学部材は、液晶素子、または電気光学（ＥＯ）結晶である請求項２記載のガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボロメータを用いたガス検出装置に関する。詳しくは、入力信号の波長が変わっても高感度に信号を検出可能なボロメータと、そのボロメータを波長可変レーザと導波路に接続して実現する高感度なガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、大気中や室内雰囲気中等に存在する温暖化ガスや揮発性有機物質等の計測を目的とした環境センシングの領域で、赤外域からテラヘルツ（Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ:ＴＨｚ）の波長領域の光の吸収を利用したガス検出装置の需要が増大している。
例えば、代表的な温室効果ガスである二酸化炭素（ＣＯ２）は、赤外域の４．３μｍや１４．５μｍを中心に強い吸収のピークを示す。従って、ＣＯ２は、これらの波長帯での吸収スペクトルを計測すれば検出することができる。【０００３】
赤外域の光の吸収を利用したガス検出装置としては、例えば、特許文献１に示す受動型のガス検出装置や、特許文献３に示す能動型のガス検出装置が知られている。【０００４】
特許文献１に記載されたガス測定装置は、公知技術であるフーリエ変換赤外分光イメージングにより、測定対象ガスの面密度を算出している。つまり、このガス測定装置では、測定領域からの赤外線を測定装置内のマイケルソン干渉計に入力し、そのマイケルソン干渉計の移動鏡を連続的に移動させる。そのマイケルソン干渉計の出力波形を２次元赤外線検出器で受光した信号波形（即ち、時間的インターフェログラム）をフーリエ変換して求めた信号強度の周波数スペクトルに基づいて、測定対象ガスの面密度を算出している。【０００５】
こうした特許文献１で使用されている２次元赤外線検出器の１画素を構成する検出器としては、例えば、特許文献２に記載されたようなボロメータが知られている。
こうした特許文献２のボロメータを説明する。
図７は、特許文献２に記載された図１に相当し、ボロメータ５０の構造を模式的に示す断面図である。【０００６】
ボロメータ５０は、支持部５２と、反射膜５４と、ボロメータ薄膜５５とを有する。支持部５２は、回路基板５１上に配置されている。反射膜５４は、支持部５２の空洞部５３の下面であって、回路基板５１上に配置されている。ボロメータ薄膜５５は、支持部５２の空洞部５３の上面に配置されている。
従って、ボロメータ５０は、ボロメータ薄膜５５を含む温度検出部５６（ダイアフラム）が支持部５２によって回路基板５１から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造を有する。【０００７】
このボロメータ５０はまた、誘電体カバー５７と、読出回路５８と、図示しない保護膜と、図示しない電極配線とを有する。誘電体カバー５７は、温度検出部５６上から距離ＧＡＰだけ離れた位置に配置されている。読出回路５８は、吸収した赤外線やテラヘルツ波によるボロメータ薄膜の抵抗変化を読み出す。保護膜は、反射膜やボロメータ薄膜を保護する。電極配線は、ボロメータ薄膜と読出回路を接続する。誘電帯カバー５７は、図示しない蓋状の支持部材により、回路基板５１に固定されている。
距離ＧＡＰは、正確には、誘電体カバー５７の裏面と温度検出部５６の厚み方向の中心との間隔を示している。【０００８】
ボロメータ５０は、入射光（波長λ）５９を誘電体カバー５７を介して温度検出部５６で吸収し、この入射光の吸収量に応じたボロメータ薄膜５５の温度変化を、ボロメータ薄膜５５の抵抗値の変化として読出回路５８で読み出す。その結果、赤外やテラヘルツの光を検出することができる。【０００９】
この特許文献２に記載されたボロメータ５０はまた、距離ＧＡＰを入射光の波長λの半波長の整数倍に設定している。このため、誘電体カバー５７と温度検出部５６の間に共振器を構成することができ、温度検出部５６で効率的に入射光５９を吸収できる。
特許文献２によれば、誘電体カバー５７があった場合の波長λに対する温度検出部５６での入射光５９の吸収率は、誘電体カバー５７がなかった場合の吸収率の３倍程度に達する。【００１０】
従って、特許文献２に記載されたボロメータを、特許文献１のガス測定装置の２次元赤外線検出器の各１画素を構成する検出器として用いることで、赤外域からテラヘルツの波長領域の光の吸収を利用した受動型のガス検出装置を成すことも可能である。【００１１】
能動型のガス検出装置としては、例えば、特許文献３に示すような、出力波長を可変にできるレーザ光源の出力を光導波路に入力し、その光導波路の出力をフォトディテクタで受光するガスセンサが知られている。
特許文献３に記載されたガスセンサを説明する。
図８は、特許文献３の第１図に相当し、ガスセンサの構造を模式的に示すブロック図である。【００１２】
ガスセンサ６０は、レーザ光を出射するレーザ発光部６１と、レーザ発光部が出射したレーザ光を光導波路６３に入力する入光口６２と、光導波路６３を経由したレーザ光をフォトダイオード６４に入力する光出口６５と、ガスセンサ６０の動作を統合制御するマイクロコンピュータ６６とから構成される。【００１３】
レーザ発光部６１に内蔵する不図示のレーザ光切替え手段により、レーザ光発光部６１が出射するレーザ光の波長は、測定光の波長と基準光の波長に切替えられる。
測定光の波長は、特定のガスにのみ吸収される波長であり、基準光の波長は、特定のガスに吸収されない波長に設定される。【００１４】
光導波路６３は、光ファイバのクラッドに相当する不図示の導波路基板に光ファイバのコアに相当する不図示の導波路を渦巻状に形成した構造を有する。【００１５】
ガスセンサ６０では、測定光が光導波路６３を伝播する過程で、光導波路上に染み出した測定光のエバネッセント波（Ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ  ｗａｖｅ：近接光波）が、特定ガスにより吸収される一方で、基準光は特定ガスに吸収されない状態でフォトダイオード６４により検出される。【００１６】
従って、フォトダイオード６４での測定光の受光量は、光導波路６３が設置された雰囲気での特定ガスの濃度が高ければ減少するが、基準光の受光量は特定ガスの濃度に拠らず一定である。そのため、フォトダイオード６４での測定光と基準光の受光量の比から特定ガスの濃度を検出することができる。【００１７】
一般的に、ガスセンサ６０の様な能動型のガス検出装置では、レーザ光の出射出力を高めることでガス検出のＳ／Ｎ比が上げられるので、受動型のガス検出装置に比べてガス検出装置を高精度化しやすいなどの利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】日本国特開２００９−１７４９９０号公報
【特許文献２】日本国特開２００８−２４１４３９号公報
【特許文献３】日本国特開昭６３−３０８５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に開示された検出装置は、受動型の検出装置のため、計測信号のＳ／Ｎ比を良好なレベルに維持することが困難であるという課題があった。【００２０】
一方、特許文献３に開示されたガスセンサは、導波路からの出力光をフォトダイオードで検出している。この構成のため、近赤外領域である波長１μｍ前後の周波数領域を超えてテラヘルツ領域に至る周波数領域に強い吸収域があるガスを検出する場合、フォトダイオードの絶対的な検出感度が不足し、高感度なガス検出が困難であるという課題があった。【００２１】
また、特許文献３の光導波路型のガスセンサを、導波路からの出力光をフォトダイオードで受光するのに代えて、特許文献２に記載されたボロメータで受光する場合、ボロメータへの入力光の周波数が変化した場合に受光信号のＳ／Ｎを良好なレベルに維持することが困難である。【００２２】
即ち、特許文献３に特許文献２を組み合わせた場合、ボロメータで赤外からテラヘルツの波長の光を検出する際に、特許文献２に示されているようにボロメータ薄膜の上部に配置した誘電体膜によりボロメータ薄膜と誘電体膜との間に共振器を構成すると、ボロメータ薄膜での入射光の吸収率が増す。これによってボロメータへの入力光の検出感度が増すが、特許文献３のように、入力波長を吸収のピークを示す波長から変化させてしまうとボロメータでの検出感度が急峻に劣化してしまう。【００２３】
例えば、特許文献２を参照して検出感度の劣化の度合いを例示すると、仮に図７に示すボロメータ５０への入力波長を吸収のピークを示す波長λから４％程度変化させるだけで、温度検出部５６における入射光５９の吸収率は、誘電体カバー５７がなかった場合と比較して吸収率の２倍程度以下にまで劣化してしまう。
このため、ガス検出装置の感度確保には、入力波長の変化に対するボロメータ５０の吸収率を向上させなければならない。【００２４】
本発明は、入力信号の波長が変化しても、高感度で信号検出可能なボロメータを、波長可変レーザと導波路に接続して実現する高感度なガス検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のようなガス検出装置を提供する。
すなわち、本発明のガス検出装置は、波長可変のレーザ光を光導波路に出射するレーザ光源と、前記光導波路からの出力光を検出して検出信号を得るとともに、温度検出部と前記温度検出部の上部に配された誘電体部材とを有するマイクロブリッジ構造を有するボロメータと、前記検出信号と前記レーザ光源の波長の情報に基づいて、前記光導波路の表面に存在するガス分子の種類および量を検出する検出部と、前記温度検出部と前記誘電体部材との間の光路長を変更する光路長変更部材と、前記光路長が前記レーザ光源から出射したレーザ光の波長の１／２の整数倍になるように前記光路長変更部材を駆動制御する駆動制御回路とを備える。【００２６】
前記光路長変更部材は、前記温度検出部と前記誘電体部材との間に配された屈折率が可変な光学部材であることが好ましい。
また、前記光学部材は、液晶素子、または電気光学（ＥＯ）結晶であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のガス検出装置によれば、入力信号の波長が変わっても高感度で信号検出可能な、ボロメータを波長可変レーザと光導波路に接続して実現する高感度なガス検出装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態でのガス検出装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態での光導波路の構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態での受光器の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態でのガス検出装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態での受光器の構成を模式的に示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態での光学部材の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】従来例のボロメータの構造を模式的に示す断面図である。
【図８】従来例のガスセンサの構造を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明のガス検出装置のいくつかの形態について説明する。これら実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明する。これら実施形態は、特に指定のない限り、本発明を限定しない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合がある。各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００３０】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態におけるガス検出装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【００３１】
ガス検出装置１は、波長可変レーザ（レーザ光源）２と、波長可変レーザ２の出射するレーザ光を入力する光導波路３と、光導波路３を経由したレーザ光を受光する受光器４と、波長可変レーザ２と受光器４を統合制御するシステムコントローラ５とを備える。
【００３２】
本実施形態の波長可変レーザ２には、ＱＣＬ（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｃａｓｃａｄｅ  Ｌａｓｅｒ）を組み込んだ外部共振器型の波長可変レーザを用いている。システムコントローラ５から波長可変レーザ２へ波長設定コマンドを送信することで、概ね９．５μｍから１０．５μｍの範囲でレーザ出射光の波長を変更できる。
【００３３】
図２は、光導波路３の構成を模式的に示すブロック図である。
光導波路３には、スラブ光導波路（Ｓｌａｂ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）を用いている。光導波路３は、ガラスで構成した基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）６の表面にガラスよりも屈折率の高い薄膜材料でコア（Ｃｏｒｅ）７を設けて形成されている。
【００３４】
波長可変レーザ２が出射した光導波路３への入射光８は、コア７内をコアの表面で繰り返し全反射しながら導波して行く。その時、コア７の表面上に波長程度の距離までエバネッセント波が発生する。
光導波路３のコア７の表面に存在するガス分子９が、導波中のレーザ光の波長に対して吸収を示す場合、そのレーザ光は、光導波路３内を導波すると共にガス分子９に吸収され、徐々にその強度を減じていく。
【００３５】
図３は、受光器４の構成を模式的に示す断面図である。
図３においては、前述した図７と同一の構成要素には同一の符号を付す。
本発明の実施形態のボロメータ１０は、図７に示したような誘電体カバー５７に代えて、誘電体部材１１と誘電体部材駆動機構１２と、駆動制御回路１３とを備える。誘電体部材駆動機構１２は、誘電体部材を図３中のＺ方向に移動させる。駆動制御回路１３は、誘電体部材駆動機構１２を駆動制御する。本実施形態では、誘電体部材駆動回路１２が光路長変更部材を成す。
【００３６】
誘電体部材１１は、中空の樹脂モールド１４内に、図７に示したような誘電体カバー５７と同様の材料で作成した誘電体薄板１５を固着した構造を有する。誘電体部材１１の一端は、誘電体部材駆動機構１２の上面に固設される。誘電体部材駆動機構１２の下面は、回路基板５１に固設される。
光導波路３からの出射光２０は、誘電体薄板１５を透過して温度検出部５６に入射される。
【００３７】
本実施形態おけるガス検出装置１では、誘電体部材駆動機構１２には、積層型圧電アクチュエータが用いられる。具体的には、厚さ０．１ｍｍ程度の圧電セラミックス１６を２００層程度積層し、その両側を電極１７で挟んだ構成の積層形圧電アクチュエータを用いた。本構成の誘電体部材駆動機構１２を用いた場合、誘電体薄板１５は、Ｚ方向に１５μｍｐ−ｐ程度移動可能になる。
【００３８】
駆動制御回路１３には、圧電アクチュエータドライバー回路が用いられる。駆動制御回路１３は、システムコントローラ５からの基準指令値１８と、誘電体薄板１５と温度検出部５６の間の距離ｔが一致する様に、電極１７に駆動電圧１９を印加する。誘電体部材１１は、距離ｔが、波長可変レーザ２の出射波長の半波長の２０倍の距離（即ち、９５μｍから１０５μｍ）を含む様に、誘電体部材駆動機構１２に取付けられている。
距離ｔは、正確には、誘電体部材１１の誘電体薄板１５の裏面と温度検出部５６の厚み方向の中心との間隔を示す。
【００３９】
誘電体部材駆動機構１２は、誘電体薄板１５のＺ方向の変位が１０μｍ程度以上確保できれば他の構成をとっても良い。例えば、摩擦駆動機構等を併用して圧電アクチュエータの小型化を図っても良い。あるいは、誘電体部材駆動機構１２は、ボイスコイル型のアクチュエータ等の他の方式のアクチュエータを用いて構成しても良い。
【００４０】
温度検出部５６での入射光の吸収量に応じたボロメータ薄膜５５の温度変化は、ボロメータ薄膜５５の抵抗値変化として読出回路５８で検出され、検出信号２１としてシステムコントローラ５に送信される。
システムコントローラ（検出部）５は、波長可変レーザ２への波長設定コマンドで示されるレーザ出射光の波長の情報に応じた検出信号２１の情報に基づき、光導波路３の雰囲気中に存在するガス分子９の量と種類を算出する。
【００４１】
以上のような構成の本発明の第一実施形態のガス検出装置１の動作を説明する。
図１および図３を参照して、光導波路３の雰囲気中に存在するガス分子９の定量・定性分析に際し、システムコントローラ５は、受光器４内の距離ｔが９５μｍになるように、駆動制御回路１３に基準指令値１８を発行する。従って、駆動制御回路１３は、距離ｔが９５μｍになるように誘電体部材駆動機構１２の積層圧電アクチュエータの電極１７に電圧を印加する。
【００４２】
次いで、システムコントローラ５は、波長可変レーザ２へ波長設定コマンドを送信し、波長可変レーザ２から波長９．５０μｍのレーザ光を出射する。
システムコントローラ５は、レーザ光の出射後、読出回路５８が出力する検出信号２１が静定するに十分な時間（３３ｍｓｅｃ程度）が経過した時点の検出信号２１の情報を、システムコントローラ５内に設置した不図示のＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換して採取する。次に、システムコントローラ５は、そのデジタルデータとレーザ光の設定波長９．５０μｍのデータと共に、システムコントローラ５内に設置した不図示のメモリ領域のアドレス０番地に保存する。
【００４３】
次いで、システムコントローラ５は、受光器４内の距離ｔが９５．１μｍになるように、駆動制御回路１３に基準指令値１８を発行する。従って、駆動制御回路１３は、距離ｔが９５．１μｍになるように誘電体部材駆動機構１２の積層圧電アクチュエータの電極１７に電圧を印加する。
【００４４】
次いで、システムコントローラ５は、波長可変レーザ２へ波長設定コマンドを送信し、波長可変レーザ２から波長９．５１μｍのレーザ光を出射する。
システムコントローラ５は、レーザ光の出射後、読出回路５８が出力する検出信号２１が静定するに十分な時間が経過した時点の検出信号２１のデータをＡ／Ｄ変換して採取する。次に、システムコントローラ５は、そのデータをレーザ光の設定波長９．５１μｍのデータと共に、システムコントローラ５内に設置した不図示のメモリ領域のアドレス１番地に保存する。
【００４５】
以下、同様にして、システムコントローラ５は、受光器内の距離ｔを０．１μｍ間隔で１０５．０μｍまで移動し、合わせて、波長可変レーザ２の出射するレーザ光の波長を１０．５０μｍまで０．０１μｍ間隔で変更する。さらに、システムコントローラ５は、それぞれの波長に対する検出信号２１のデータを、設定波長のデータと共に、システムコントローラ５内に設置した不図示のメモリ領域のアドレス２番地から１００番地に保存する。
【００４６】
次いで、システムコントローラ５は、上記システムコントローラ５内に設置したメモリ領域のアドレス０番地から１００番地に保存された、レーザ出射波長に対する検出信号２１のデータ行列を用い、公知の波長掃引型の分光イメージングによりガス分子９の種類や量のデータを算出する。
【００４７】
以上、詳述したように、本実施形態のガス検出装置１を用いれば、誘電体薄板１５と温度検出部５６との間の距離ｔを常に入射光の波長λの半波長の２０倍に保てる。このため、ボロメータ４に入射するレーザ光の波長を可変とした能動型の検出装置の構成を採ったとしても、誘電体薄板１５と温度検出部５６の間に常に共振器が構成でき、温度検出部５６で効率的に光導波路３からの出射光２０を吸収できる。その結果、高感度なガス検出を実現することが可能になる。
【００４８】
上述した第一実施形態においては、波長可変レーザ２の出射する波長の範囲を１０μｍ前後の中赤外領域に採ったが、これに限られない。波長の範囲を例えば３００μｍ前後のテラヘルツ領域に採っても同様に効果が得られる。
【００４９】
ただし、この場合、以下のような構成および設定とすることが望ましい。すなわち、波長可変レーザとしては、例えば分布帰還（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）チューナブルダイオードレーザを採用する。出射するレーザの波長の範囲を２８５μｍから３１５μｍに設定する。合わせて距離ｔの範囲を１４２．５μｍから１５７．５μｍに設定する。誘電体薄板１５と温度検出部５６との間の距離ｔを常に入射光の波長λの半波長の１倍に保つ。
【００５０】
（第二実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第二実施形態について、第一実施形態との違いを中心に説明する。
図４は、第二実施形態におけるガス検出装置２２の構成を模式的に示すブロック図である。図４において、第一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付す。
第二実施形態は、第一実施形態と比較して光導波路３を経由したレーザ光を受光する受光器２３とシステムコントローラ２４を備えている点で相違する。
【００５１】
図５は、受光器２３の構成を模式的に示すブロック図である。図５においては、第一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付す。本実施形態では、第一実施形態と比較して、光路長変更部材の構成が異なる。
【００５２】
本実施形態のボロメータ４０は、誘電体カバー５７の下に液晶素子からなる厚さｔ０の光学部材４１を備える。誘電体カバー５７は、不図示の蓋状の支持部材により、回路基板５１に固定してある。光学部材４１の下面と温度検出部５６との間の距離ｔ１は３０μｍである。
【００５３】
図６は、光学部材４１の構成を模式的に示す断面図である。
本実施形態の光学部材４１は、液晶４５を透明電極４６と薄膜ガラス基板４７で挟み込んで実現している。光学部材４１は、液晶の透明電極４６に振幅変調した矩形波電圧を印加することにより液晶４５のＺ方向の屈折率を変化できる。従って、光学部材４１をZ方向に透過する光の光路長を変更することができる。つまり、本実施形態では光学部材４１が光路長変更部材を成す。
【００５４】
本実施形態では液晶４５としてネマチック液晶を用いている。液晶４５の厚さは２０μｍである。薄膜ガラス基板４７の厚さは合計で略５０μｍである。透明電極４６の厚さは合計で略５０ｎｍである。光学部材４１の厚さｔ０が、１２０μｍとなる様に設計している。
液晶４５の屈折率は１．５である。液晶４５のリタデーションΔｎは０．１５である。薄膜ガラス基板４７の屈折率は１．５である。透明電極５６の屈折率は２．０である。
【００５５】
従って、光学部材４１の光路長は、１８０μｍから１８３μｍの範囲で変更可能になるので、誘電体カバー５７と温度検出部５６との間の光路長Ｌは、２１０μｍから２１３μｍの範囲で変更可能になる。
光路長Ｌは、正確には、誘電体カバー５７の裏面と温度検出部５６の厚み方向の中心との間の光路長を意味する。
【００５６】
次いで図５と図６を参照すると、液晶素子駆動制御回路４２は、システムコントローラ２４からの基準指令値４４に基づき、光学部材４１の液晶電極４６に電圧４３を印加し、液晶４５の屈折率を変化させる事で、光学部材４１の光路長を変化させる。
【００５７】
以上のような構成の本発明の第二実施形態のガス検出装置２２の動作を説明する。ただし、受光器２３内の誘電体カバー５７と温度検出部５６との間の光路長Ｌを光導波路３からの出射光２０の波長λの半波長の４２倍に保つものとして説明する。
【００５８】
図４と図５を参照して、光導波路３の雰囲気中に存在するガス分子９の定量・定性分析に際し、システムコントローラ２４は、該光路長Ｌが２１０μｍになるように、駆動制御回路４２に基準指令値４４を発行する。従って、駆動制御回路４２は、光路長Ｌが２１０μｍになるように光学部材４１の液晶の電極４６に電圧４３を印加する。
【００５９】
次いで、システムコントローラ２４は、波長可変レーザ２へ波長設定コマンドを送信し、波長可変レーザ２から波長１０．００μｍのレーザ光を出射する。
システムコントローラ２４は、レーザ光の出射後、読出回路５８が出力する検出信号２１が静定するに十分な時間（３３ｍｓｅｃ程度）が経過した時点の検出信号２１の情報を、システムコントローラ２４内に設置した不図示のＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換して採取する。次に、システムコントローラ２４は、このデジタルデータをレーザ光の設定波長１０．００μｍのデータと共に、システムコントローラ２４内に設置した不図示のメモリ領域のアドレス０番地に保存する。
【００６０】
次いで、システムコントローラ２４は、光路長Ｌが２１０．２１μｍになるように、駆動制御回路４２に基準指令値４４を発行する。従って、駆動制御回路４２は、光路長Ｌが２１０．２１μｍになるように光学部材４１の液晶の電極４６に電圧４３を印加する。
次いで、システムコントローラ２４は、波長可変レーザ２へ波長設定コマンドを送信し、波長可変レーザ２から波長１０．０１μｍのレーザ光を出射する。
【００６１】
システムコントローラ２４は、レーザ光の出射後、読出回路５８が出力する検出信号２１が静定するに十分な時間が経過した時点の検出信号２１のデータをＡ／Ｄ変換して採取する。次に、システムコントローラ２４は、検出信号２１のデータをレーザ光の設定波長１０．０１μｍのデータと共に、システムコントローラ２４内に設置した不図示のメモリ領域のアドレス１番地に保存する。
【００６２】
以下、同様にして、システムコントローラ２４は、光路長Ｌを０．２１μｍ間隔で２１２．９４μｍまで変更し、合わせて、波長可変レーザ２の出射するレーザ光の波長を１０．１４μｍまで０．０１μｍ間隔で変更する。さらに、システムコントローラ２４は、それぞれの波長に対する検出信号２１のデータを設定波長のデータと共に、システムコントローラ内に設置した不図示のメモリ領域のアドレス２番地から１４番地に保存する。
【００６３】
次いで、システムコントローラ（検出部）２４は、上記システムコントローラ２４内に設置したメモリ領域のアドレス０番地から１４番地に保存された、レーザ出射波長に対する検出信号２１のデータ行列を用い、公知の波長掃引型の分光イメージングによりガス分子９の種類や量のデータを算出する。
【００６４】
従って、本実施形態のガス検出装置２２を用いても、第一実施形態のガス検出装置と同様に高感度なガス検出が実現できる。
【００６５】
上述した本発明の第２実施形態では、受光器２３内の誘電体カバー５７と温度検出部５６との間の光路長Ｌを光導波路３からの出射光２０の波長λの半波長の４２倍とした。しかし、この倍率は変更してもかまわない。
即ち、例えばこの倍率を４３倍に変更し、波長可変レーザの掃引周波数を９．７７μｍから９．９０μｍに変更するとしても同様の効果が得られる。
更に、異なる倍率の計測データを複数併用して分光イメージングをしても良い。
【００６６】
また、上述した第二実施形態では、光学部材として液晶素子を用いたが、これに限られない。光学部材として屈折率が変更可能な他の光学素子を用いても同様の効果が得られる。
【００６７】
更に、他の光学部材としては、例えば、電気光学結晶（ＥＯ結晶）が挙げられる。ＥＯ結晶の屈折率は、ＥＯ結晶に加えられた電界に直比例して変化する。
【００６８】
具体的には、ＥＯ結晶として例えばＬｉＮｂＯ３結晶を用いた場合、ＥＯ結晶のリタデーションΔｎは、ＥＯ結晶の屈折率をｎ０、電気光学（ＥＯ）係数をγ３３、ＥＯ結晶に印加する電界をＥ０としてΔｎ＝０．５× ｎ０３×γ３３×Ｅ０で表せる。これにより、例えば波長３３３μｍでのリタデーションΔｎを求めると、印加電界Ｅ０の最大値を２００ｋＶ／ｃｍ、γ３３を３０．８×１０−１０ｃｍ／Ｖ、波長３３３μｍにおけるＥＯ結晶の屈折率ｎ０を６．７として、Δｎは最大で０．０９３となる。本ＥＯ結晶の厚さを３００μｍとすれば、本ＥＯ結晶によって変更可能な最大の光路長は２７．９μｍとなる。
【００６９】
従って、以下のように、設計変更を行っても、第一実施形態や第二実施形態と同様に高感度なガス検出が実現できる。すなわち、上述した第二実施形態の光学部材４１に代えてＥＯ結晶を用いる。液晶素子駆動制御回路４２に代えてＥＯ結晶に印加する電界を駆動制御するＥＯ結晶駆動制御回路を用いる。ＥＯ結晶駆動制御回路では、システムコントローラが発行する基準指令値に応じてＥＯ結晶に印加する電界を駆動制御するように変更する。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００７０】
この出願は、２００９年１１月１７日に出願された日本出願特願２００９−２６１８１７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、ガス検出装置に適用することができる。このガス検出装置によれば、高感度にガスを検出することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１     ガス検出装置
２     波長可変レーザ（レーザ光源）
３     光導波路
４     受光器
５     システムコントローラ
６     基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）
７     コア（Ｃｏｒｅ）
８     入射光
９     ガス分子
１０   ボロメータ
１１   誘電体部材
１２   誘電体部材駆動機構
１３   駆動制御回路
１４   樹脂モールド
１５   誘電体薄板
１６   圧電セラミックス
１７   電極
１８   基準指令値
１９   駆動電圧
２０   出射光
２１   検出信号
２２   ガス検出装置
２３   受光器
２４   システムコントローラ
４０   ボロメータ
４１   光学部材
４２   液晶素子駆動制御回路
４３   電圧
４４   基準指令値 
４５   液晶
４６   透明電極
４７   薄膜ガラス基板
５０   ボロメータ
５１   回路基板
５２   支持部
５３   空洞部
５４   反射膜
５５   ボロメータ薄膜
５６   温度検出部
５７   誘電体カバー
５８   読出回路
５９   入射光
６０   ガスセンサ
６１   レーザ発光部
６２   入光口
６３   光導波路
６４   フォトダイオード
６５   光出口
６６   マイクロコンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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